CN110441769A - 基于sar序贯图像的目标定位方法、装置及存储介质 - Google Patents

基于sar序贯图像的目标定位方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种基于SAR序贯图像的目标定位方法、装置及存储介质，用以解决现有定位技术中由于目标所在区域高程信息未知，目标定位结果精度不高的技术问题。该方法包括：通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像；获取探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率；根据获取到的斜距和/或多普勒中心频率，基于RD定位算法建立探测目标的立体定位方程组；求解立体定位方程组以确定探测目标的位置信息。

Description

基于SAR序贯图像的目标定位方法、装置及存储介质
技术领域
本公开涉及信号处理技术领域，具体地，涉及一种基于SAR序贯图像的目标定位方法、装置及存储介质。
背景技术
合成孔径雷达SAR作为一种主动式的微波遥感设备，凭借其高分辨率、高成像精度以及全天时全天候的优点，广泛地运用于军事侦察、环境遥感等领域。随着数字图像处理技术的发展，雷达成像的优越性更加突出，合成孔径雷达SAR的应用领域不断延伸，在运动目标检测、高程测量等领域均有着广泛的应用需求。
在相关技术中，星载SAR目标定位需要在观测带内选取参考点，根据参考点与像素之间的位置关系确定目标位置，若待测的区域没有参考点，则该区域无法进行定位。随着定位技术的研究与进步，Curlander等人发表了关于图像像素定位的理论，传统RD算法结合自动校正地理编码的后处理过程，可以使SAR目标定位***获得的定位结果更为准确。然而，基于传统模式进行定位所产生的误差与高程密切相关，当所在目标区域高程信息未知的情况下，目标定位结果的精度难以达到工程上的需求。
发明内容
本公开的目的是提供一种基于SAR序贯图像的目标定位方法、装置及存储介质，用以解决现有定位技术中由于目标所在区域高程信息未知，目标定位结果精度不高的技术问题。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种基于SAR序贯图像的目标定位方法，包括：
通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像；
获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率，其中，在获取到两个不同方位角度上的所述SAR图像的情况下，至少针对一幅所述SAR图像，所述探测目标的像素单元在所述SAR图像中对应的斜距和多普勒中心频率均被获取；
根据获取到的所述斜距和/或所述多普勒中心频率，基于RD定位算法建立所述探测目标的立体定位方程组，其中，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程以及多普勒方程中的至少三个方程；
求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息，所述位置信息包括所述探测目标的三维坐标以及经纬度信息。
可选地，所述获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距，包括：
确定每一所述SAR图像的辅助参数，所述辅助参数包括所述SAR图像方位向和距离向上的像素个数、图像中心点参考斜距、距离向采样率以及方位向采样率；
基于所述辅助参数，通过如下公式计算得到所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距R：
其中，Rref为所述SAR图像中心点参考斜距，fs为所述SAR图像距离向采样率，c为光速。
可选地，所述获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的多普勒中心频率，包括：
读入每一所述SAR图像对应的多普勒参数文件；
根据所述多普勒参数文件确定所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的多普勒中心频率。
可选地，在获取到两个以上的不同方位角度上的所述SAR图像的情况下，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程，或者，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的多普勒方程。
可选地，所述通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像，包括：
通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在两个不同方位角度上的SAR图像，得到第一SAR图像和第二SAR图像；
所述获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率，包括：
获取所述第一SAR图像的斜距和多普勒中心频率，以及获取所述第二SAR图像的斜距；
所述根据获取到的所述斜距和/或所述多普勒中心频率，基于RD定位算法建立所述探测目标的立体定位方程组，包括：
建立所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的斜距方程，以及所述第一SAR图像的多普勒方程。
可选地，建立所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的斜距方程，以及所述第一SAR图像的多普勒方程，包括：
读入经过预处理的卫星星历参数文件；
根据所述卫星星历参数文件确定所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的每一像素单元分别对应的卫星位置矢量和卫星速度矢量；
针对所述探测目标的像素单元，建立如下方程组：
(Rsx1-Rtx)2+(Rsy1-Rty)2+(Rsz1-Rtz)2-R1 2＝0；
(Rsx2-Rtx)2+(Rsy2-Rty)2+(Rsz2-Rtz)2-R2 2＝0；
2Vsx1(Rsx1-Rtx)+2Vsy1(Rsy1-Rty)+2Vsz1(Rsz1-Rtz)-λR1fd1＝0；
其中，Rsx1、Rsy1、Rsz1分别为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rsx2、Rsy2、Rsz2分别为所述第二SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，R1为所述探测目标的像素单元在所述第一SAR图像中对应的斜距，R2为所述探测目标的像素单元在所述第二SAR图像中对应的斜距，Vsx1、Vsy1、Vsz1分别为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星速度矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rtx、Rty、Rtz分别为所述探测目标在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，fd1为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的多普勒中心频率，λ为合成孔径雷达SAR的波长。
可选地，所述求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息，包括：
基于牛顿迭代法求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息。
可选地，所述方法还包括：
基于所述探测目标的位置信息，求解如下地球椭圆方程以确定所述探测目标的高程信息h：
其中，xt、yt、zt分别为所述探测目标在转动地心坐标系下x、y、z轴的坐标，Re为地球的赤道半径，Rp为地球的极半径。
本公开第二方面提供一种基于SAR序贯图像的目标定位装置，包括：
SAR图像获取模块，用于通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像；
参数获取模块，用于获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率，其中，在获取到两个不同方位角度上的所述SAR图像的情况下，至少针对一幅所述SAR图像，所述探测目标的像素单元在所述SAR图像中对应的斜距和多普勒中心频率均被获取；
立体定位模块，用于根据获取到的所述斜距和/或所述多普勒中心频率，基于RD定位算法建立所述探测目标的立体定位方程组，其中，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程以及多普勒方程中的至少三个方程；
位置信息确定模块，用于求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息，所述位置信息包括所述探测目标的三维坐标以及经纬度信息。
可选地，所述参数获取模块包括：
辅助参数确定子模块，用于确定每一所述SAR图像的辅助参数，所述辅助参数包括所述SAR图像方位向和距离向上的像素个数、图像中心点参考斜距、距离向采样率以及方位向采样率；
斜距计算子模块，用于基于所述辅助参数，通过如下公式计算得到所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距R：
其中，Rref为所述SAR图像中心点参考斜距，fs为所述SAR图像距离向采样率，c为光速。
可选地，所述参数获取模块包括：
参数文件读入子模块，用于读入每一所述SAR图像对应的多普勒参数文件；
多普勒中心频率确定子模块，用于根据所述多普勒参数文件确定所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的多普勒中心频率。
可选地，在获取到两个以上的不同方位角度上的所述SAR图像的情况下，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程，或者，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的多普勒方程。
可选地，所述SAR图像获取模块用于，通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在两个不同方位角度上的SAR图像，得到第一SAR图像和第二SAR图像；
所述参数获取模块用于获取所述第一SAR图像的斜距和多普勒中心频率，以及获取所述第二SAR图像的斜距；
所述立体定位模块用于建立所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的斜距方程，以及所述第一SAR图像的多普勒方程。
可选地，所述立体定位模块用于：
读入经过预处理的卫星星历参数文件；
根据所述卫星星历参数文件确定所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的每一像素单元分别对应的卫星位置矢量和卫星速度矢量；
针对所述探测目标的像素单元，建立如下方程组：
(Rsx1-Rtx)2+(Rsy1-Rty)2+(Rsz1-Rtz)2-R1 2＝0；
(Rsx2-Rtx)2+(Rsy2-Rty)2+(Rsz2-Rtz)2-R2 2＝0；
2Vsx1(Rsx1-Rtx)+2Vsy1(Rsy1-Rty)+2Vsz1(Rsz1-Rtz)-λR1fd1＝0；
其中，Rsx1、Rsy1、Rsz1分别为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rsx2、Rsy2、Rsz2分别为所述第二SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，R1为所述探测目标的像素单元在所述第一SAR图像中对应的斜距，R2为所述探测目标的像素单元在所述第二SAR图像中对应的斜距，Vsx1、Vsy1、Vsz1分别为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星速度矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rtx、Rty、Rtz分别为所述探测目标在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，fd1为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的多普勒中心频率，λ为合成孔径雷达SAR的波长。
可选地，所述位置信息确定模块用于基于牛顿迭代法求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息。
可选地，所述装置还包括：
高程信息确定模块，用于基于所述探测目标的位置信息，求解如下地球椭圆方程以确定所述探测目标的高程信息h：
其中，xt、yt、zt分别为所述探测目标在转动地心坐标系下x、y、z轴的坐标，Re为地球的赤道半径，Rp为地球的极半径。
本公开第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开第一方面所提供的基于SAR序贯图像的目标定位方法的步骤。
在上述技术中，通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像，并根据该SAR图像得到探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率，然后基于斜距和/或多普勒中心频率构建立体定位方程组，通过求解立体定位方程组可以确定探测目标的位置信息，实现了在探测目标的高程信息未知的情况下，也能对探测目标进行精确定位。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于SAR序贯图像的目标定位方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的多方位角星载合成孔径雷达SAR工作模式图；
图3是根据一示例性实施例示出的在方位角度为β1时获取的第一SAR图像；
图4是根据一示例性实施例示出的在方位角度为β2时获取的第二SAR图像；
图5是根据一示例性实施例示出的一种基于SAR序贯图像的目标定位方法的流程图；
图6是根据一示例性实施例示出的牛顿迭代法求解探测目标的三维坐标的流程图；
图7是根据一示例性实施例示出的一种基于SAR序贯图像的目标定位装置的框图；
图8是根据一示例性实施例示出的一种基于SAR序贯图像的目标定位装置的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于SAR序贯图像的目标定位方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101，通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像。
步骤102，获取探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率。
在一种可能的实施方式中，在获取到两个不同方位角度上的SAR图像的情况下，至少针对一幅SAR图像，探测目标的像素单元在SAR图像中对应的斜距和多普勒中心频率均被获取。
示例地，可以通过下述方法步骤获取探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的斜距：确定每一SAR图像的辅助参数，该辅助参数包括SAR图像方位向和距离向上的像素个数、图像中心点参考斜距、距离向采样率以及方位向采样率，并基于辅助参数，通过如下公式计算得到探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的斜距R：
其中，Rref为SAR图像中心点参考斜距，fs为SAR图像距离向采样率，c为光速。
例如，在方位角度β1＝45°下所获取的SAR图像的辅助参数分别为：SAR图像方位向和距离向的像素个数为2048×2048，图像中心点参考斜距为Rref＝819564.8838052580m、距离向采样率fs＝1221.90681652446MHz、方位向采样率prf＝45000.000000Hz。对于探测目标像素(1091.344，550.469)，根据上述斜距计算公式即可计算得到探测目标的像素单元在方位角度β1＝45°下所获取的SAR图像中对应的斜距为R＝819506.7536323481m。
示例地，可以通过下述步骤获取探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的多普勒中心频率：读入每一SAR图像对应的多普勒参数文件；根据多普勒参数文件确定探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的多普勒中心频率。
例如，在方位角度β1＝45°下所获取的SAR图像中，探测目标像素位置为(1091.344，550.469)，则根据多普勒参数文件可以获取该像素单元对应的多普勒中心频率为fd＝298837.78300100000Hz。
值得说明的是，本步骤的实施条件在于，需要提供每一SAR图像相关信息的副产品，目前国际上标准SAR图像数据都提供相关信息的副产品。例如卫星星历参数、多普勒参数文件等都将包含于该副产品内。
步骤103，根据获取到的斜距和/或多普勒中心频率，基于RD定位算法建立探测目标的立体定位方程组。
在获取到两个以上的不同方位角度上的SAR图像的情况下，立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程，或者，立体定位方程组包括每一SAR图像对应的多普勒方程。
具体地，读入经过预处理的卫星星历参数文件，根据卫星星历参数文件可以确定SAR图像的每一像素单元分别对应的卫星位置矢量和卫星速度矢量。
例如，对于探测目标像素位置为(1091.344，550.469)，根据卫星星历参数文件得到对应的卫星位置矢量：Rsx＝6866305.8246192960m，Rsy＝116797.98674539200m，Rsz＝-607618.78157252807m。
对于探测目标像素位置为(1091.344，550.469)，在SAR图像中对应的卫星速度矢量为：Vsx＝688.92987498399998m/s，Vsy＝-1476.3402787200000m/s，Vsz＝7509.9572268479997m/s。
对于SAR图像中位于第i行(方位向)第j列(距离向)的像素单元可根据距离向发射线性调频脉冲带宽以及辅助参数中的图像中心点参考斜距，求得该像素单元代表的地球表面的点到卫星相位中心的斜距，像素单元Ri,j的斜距方程可表示为：
其中，Rsx、Rsy、Rsz分别为SAR图像中探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rtx、Rty、Rtz分别为探测目标在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量。
卫星与探测目标之间相对速度能够产生多普勒效应，回波数据在频率上出现偏移，偏移量正比于卫星与探测目标之间相对速度，由多普勒方程可以得到如下表达式：
其中，fd为SAR图像中探测目标的像素单元对应的多普勒中心频率，λ为合成孔径雷达SAR的波长，Vsx、Vsy、Vsz分别为SAR图像中探测目标的像素单元对应的卫星速度矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，xs、ys、zs分别为SAR图像中探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，xp、yp、zp分别为探测目标在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量。
基于RD定位算法建立探测目标的立体定位方程组，包括每一SAR图像对应的斜距方程以及多普勒方程中的至少三个方程。示例地，立体定位方程组包括第一SAR图像的斜距方程、多普勒方程，以及第二SAR图像的斜距方程；或者立体定位方程组包括第一SAR图像的斜距方程、第二SAR图像的斜距方程以及第三SAR图像的斜距方程；或者立体定位方程组包括第一SAR图像的多普勒方程、第二SAR图像的多普勒方程以及第三SAR图像的多普勒方程。对于其他方程组合方式，此处不再一一列举。
步骤104，求解立体定位方程组以确定探测目标的位置信息。
示例地，可以基于牛顿迭代法求解立体定位方程组以确定探测目标的位置信息，该位置信息包括探测目标的三维坐标以及经纬度信息。
采用上述方法，对传统的RD定位算法进行了改进，通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像，并根据该SAR图像得到探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率建立体定位方程组，求解立体定位方程组可以确定探测目标的位置信息，由于通过卫星星历参数等文件获取的斜距以及多普勒中心频率的精度较高，因此本公开实施例提供的定位方法可以实现在探测目标的高程信息未知的情况下，也能对探测目标进行精确定位。
图2是根据一示例性实施例示出的多方位角星载合成孔径雷达SAR工作模式图，如图2所示，L1为卫星航迹线，A为探测目标，A′为A在地面上的投影，AA′即为探测目标的高度，β1、β2分别为两个不同的方位角度，R1、R2分别为探测目标到卫星相位中心的斜距，卫星在这两个方位角度上对应的时间分别为t1、t2。示例地，图3和图4分别是在方位角度为β1＝45°时获取的第一SAR图像，以及在方位角度为β2＝-45°时获取的第二SAR图像，图中的亮点即为选取的探测目标的待测点。
图5是根据一示例性实施例示出的一种基于SAR序贯图像的目标定位方法的流程图，如图5所示，该方法包括以下步骤：
步骤501，通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在两个不同方位角度上的SAR图像，得到第一SAR图像和第二SAR图像。
步骤502，获取第一SAR图像的斜距和多普勒中心频率，以及获取第二SAR图像的斜距。
步骤503，建立第一SAR图像和第二SAR图像的斜距方程，以及第一SAR图像的多普勒方程。
在一种可能的实施方式中，读入经过预处理的卫星星历参数文件，并根据卫星星历参数文件确定第一SAR图像和第二SAR图像的每一像素单元分别对应的卫星位置矢量和卫星速度矢量，针对探测目标的像素单元，可以建立如下方程组：
(Rsx1-Rtx)2+(Rsy1-Rty)2+(Rsz1-Rtz)2-R1 2＝0；
(Rsx2-Rtx)2+(Rsy2-Rty)2+(Rsz2-Rtz)2-R2 2＝0；
2Vsx1(Rsx1-Rtx)+2Vsy1(Rsy1-Rty)+2Vsz1(Rsz1-Rtz)-λR1fd1＝0；
其中，Rsx1、Rsy1、Rsz1分别为第一SAR图像中探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rsx2、Rsy2、Rsz2分别为第二SAR图像中探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，R1为探测目标的像素单元在第一SAR图像中对应的斜距，R2为探测目标的像素单元在第二SAR图像中对应的斜距，Vsx1、Vsy1、Vsz1分别为第一SAR图像中探测目标的像素单元对应的卫星速度矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rtx、Rty、Rtz分别为探测目标在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，fd1为第一SAR图像中探测目标的像素单元对应的多普勒中心频率，λ为合成孔径雷达SAR的波长。
步骤504，求解立体定位方程组以确定探测目标的位置信息。
示例地，牛顿迭代法求解探测目标的三维坐标的流程图如图6所示：
步骤601，开始。
步骤602，输入卫星位置矢量。
步骤603，输入卫星速度矢量。
步骤604，输入迭代初始值。
步骤605，计算Jacobi矩阵。
Jacobi矩阵计算公式如下式：
步骤606，代入公式进行计算。
计算公式如下式：
x(k+1)＝x(k)-[Df(x)(k)]-1f(xk)；
步骤607，判断Jacobi矩阵是否病态，若为病态，则返回步骤604，否则，执行步骤608；
步骤608，判断是否满足精度要求，若不满足精度要求，则执行步骤609更新迭代值并返回步骤605，若满足精度要求，则结束迭代得到要求的探测目标的三维坐标。
步骤610，结束。
可选地，利用求出的探测目标的三维坐标结合经纬度求解方程可以得到探测目标的经纬度信息，经纬度求解方程如下式：
其中，θ和分别为探测目标的纬度和经度，由此探测目标在转动地心坐标系下位置可确定。
步骤505，基于探测目标的位置信息，得到探测目标的高程信息。
示例地，基于探测目标的位置信息，求解如下地球椭圆方程以确定探测目标的高程信息h：
其中，xt、yt、zt分别为探测目标在转动地心坐标系下x、y、z轴的坐标，Re为地球的赤道半径，Rp为地球的极半径。
探测目标的高程信息计算过程如下，计算出探测目标在地球表面投影处的地球半径r，椭圆方程可变形为：
同时求解出卫星到地心的距离R，该距离的计算公式如下：
综上求解结果，可以得到探测目标的高程h为：
h＝R-r；
例如，在一示例性实施例中，实验参数如表1所示的情况下，按照上述各计算原理，所获得的探测目标经纬度信息、在转动地心坐标系下的三维坐标以及高程信息如表2所示。
表1实施例部分实验参数
表2基于方位向多角度星载SAR目标定位和高程信息
经度 纬度 高度 X轴 Y轴 Z轴
0.00291916 0.04728371 30 6371014.00535 301469.88739 18618.89064
0.00292840 0.04728193 30 6371014.36753 301458.56392 18677.81161
0.00292467 0.04728744 0 6370982.81099 301492.23447 18653.92733
0.00292093 0.04729294 -30 6370951.25418 301525.90467 18630.04327
0.00293017 0.04729117 -30 6370951.61635 301514.58131 18688.96369
采用上述方法，在对探测目标定位过程中无需在星载SAR测绘带中布置位置已知的参考点，根据相对位置对其他点进行定位，可以实现绝对定位。此外，本公开实施例提供的定位方法可以在无高程信息下对探测目标进行精确定位，提取探测目标的三维坐标，进而提取探测目标的高程信息，具有很强的实用性。
图7是根据一示例性实施例示出的一种基于SAR序贯图像的目标定位装置的框图，该装置700可以通过软件、硬件或者两者结合实现成为电子设备的部分或者全部。参照图7，该装置700包括：
SAR图像获取模块710，用于通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像；
参数获取模块720，用于获取探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率，其中，在获取到两个不同方位角度上的SAR图像的情况下，至少针对一幅SAR图像，探测目标的像素单元在SAR图像中对应的斜距和多普勒中心频率均被获取；
立体定位模块730，用于根据获取到的斜距和/或多普勒中心频率，基于RD定位算法建立探测目标的立体定位方程组，其中，立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程以及多普勒方程中的至少三个方程；
位置信息确定模块740，用于求解立体定位方程组以确定探测目标的位置信息，位置信息包括探测目标的三维坐标以及经纬度信息。
采用上述装置，通过SAR图像获取模块710获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像，并根据该SAR图像得到探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率建立体定位方程组，求解立体定位方程组可以确定探测目标的位置信息，由于通过卫星星历参数等文件获取的斜距以及多普勒中心频率的精度较高，因此本公开实施例提供的定位方法可以实现在探测目标的高程信息未知的情况下，也能对探测目标进行精确定位。
在一种可能的实施方式中，参数获取模块720包括：
辅助参数确定子模块，用于确定每一SAR图像的辅助参数，辅助参数包括SAR图像方位向和距离向上的像素个数、图像中心点参考斜距、距离向采样率以及方位向采样率；
斜距计算子模块，用于基于辅助参数，通过如下公式计算得到探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的斜距R：
其中，Rref为SAR图像中心点参考斜距，fs为SAR图像距离向采样率，c为光速。
可选地，参数获取模块720包括：
参数文件读入子模块，用于读入每一SAR图像对应的多普勒参数文件；
多普勒中心频率确定子模块，用于根据多普勒参数文件确定探测目标的像素单元在每一SAR图像中对应的多普勒中心频率。
可选地，在获取到两个以上的不同方位角度上的SAR图像的情况下，立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程，或者，立体定位方程组包括每一SAR图像对应的多普勒方程。
可选地，SAR图像获取模块710用于，通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在两个不同方位角度上的SAR图像，得到第一SAR图像和第二SAR图像；
参数获取模块720用于获取第一SAR图像的斜距和多普勒中心频率，以及获取第二SAR图像的斜距；
立体定位模块730用于建立第一SAR图像和第二SAR图像的斜距方程，以及第一SAR图像的多普勒方程。
可选地，立体定位模块730用于：
读入经过预处理的卫星星历参数文件；
根据卫星星历参数文件确定第一SAR图像和第二SAR图像的每一像素单元分别对应的卫星位置矢量和卫星速度矢量；
针对探测目标的像素单元，建立如下方程组：
(Rsx1-Rtx)2+(Rsy1-Rty)2+(Rsz1-Rtz)2-R1 2＝0；
(Rsx2-Rtx)2+(Rsy2-Rty)2+(Rsz2-Rtz)2-R2 2＝0；
2Vsx1(Rsx1-Rtx)+2Vsy1(Rsy1-Rty)+2Vsz1(Rsz1-Rtz)-λR1fd1＝0；
其中，Rsx1、Rsy1、Rsz1分别为第一SAR图像中探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rsx2、Rsy2、Rsz2分别为第二SAR图像中探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，R1为探测目标的像素单元在第一SAR图像中对应的斜距，R2为探测目标的像素单元在第二SAR图像中对应的斜距，Vsx1、Vsy1、Vsz1分别为第一SAR图像中探测目标的像素单元对应的卫星速度矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rtx、Rty、Rtz分别为探测目标在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，fd1为第一SAR图像中探测目标的像素单元对应的多普勒中心频率，λ为合成孔径雷达SAR的波长。
可选地，位置信息确定模块740用于基于牛顿迭代法求解立体定位方程组以确定探测目标的位置信息。
可选地，装置还包括：
高程信息确定模块，用于基于探测目标的位置信息，求解如下地球椭圆方程以确定探测目标的高程信息h：
其中，xt、yt、zt分别为探测目标在转动地心坐标系下x、y、z轴的坐标，Re为地球的赤道半径，Rp为地球的极半径。
采用上述装置，在对探测目标定位过程中无需在星载SAR测绘带中布置位置已知的参考点，根据相对位置对其他点进行定位，可以实现绝对定位。此外，本公开实施例提供的定位方法可以在无高程信息下对探测目标进行精确定位，提取探测目标的三维坐标，进而提取探测目标的高程信息，具有很强的实用性。
图8是本公开实施例提供的一种基于SAR序贯图像的目标定位装置800的框图。如图8所示，该基于SAR序贯图像的目标定位装置800可以包括：处理器801，存储器802，多媒体组件803，输入/输出(I/O)接口804，以及通信组件805。
其中，处理器801用于控制该基于SAR序贯图像的目标定位装置800的整体操作，以完成上述基于SAR序贯图像的目标定位方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该基于SAR序贯图像的目标定位装置800的操作，这些数据例如可以包括用于在该基于SAR序贯图像的目标定位装置800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。
存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件，其中，屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。
I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以为键盘，按钮等。这些按钮可以为虚拟按钮或者实体按钮。
通信组件805用于该基于SAR序贯图像的目标定位装置800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near Field Communication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
在一示例性实施例中，基于SAR序贯图像的目标定位装置800可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital SignalProcessing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述基于SAR序贯图像的目标定位方法。
本公开实施例提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，例如包括程序指令的存储器802，其上存储有一个或者多个计算机程序，上述计算机程序可由基于SAR序贯图像的目标定位装置800的处理器801执行以完成本公开实施例提供的基于SAR序贯图像的目标定位方法。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (17)

1.一种基于SAR序贯图像的目标定位方法，其特征在于，包括：
通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像；
获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率，其中，在获取到两个不同方位角度上的所述SAR图像的情况下，至少针对一幅所述SAR图像，所述探测目标的像素单元在所述SAR图像中对应的斜距和多普勒中心频率均被获取；
根据获取到的所述斜距和/或所述多普勒中心频率，基于RD定位算法建立所述探测目标的立体定位方程组，其中，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程以及多普勒方程中的至少三个方程；
求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息，所述位置信息包括所述探测目标的三维坐标以及经纬度信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距，包括：
确定每一所述SAR图像的辅助参数，所述辅助参数包括所述SAR图像方位向和距离向上的像素个数、图像中心点参考斜距、距离向采样率以及方位向采样率；
基于所述辅助参数，通过如下公式计算得到所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距R：
其中，Rref为所述SAR图像中心点参考斜距，fs为所述SAR图像距离向采样率，c为光速。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的多普勒中心频率，包括：
读入每一所述SAR图像对应的多普勒参数文件；
根据所述多普勒参数文件确定所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的多普勒中心频率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在获取到两个以上的不同方位角度上的所述SAR图像的情况下，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程，或者，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的多普勒方程。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像，包括：
通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在两个不同方位角度上的SAR图像，得到第一SAR图像和第二SAR图像；
所述获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率，包括：
获取所述第一SAR图像的斜距和多普勒中心频率，以及获取所述第二SAR图像的斜距；
所述根据获取到的所述斜距和/或所述多普勒中心频率，基于RD定位算法建立所述探测目标的立体定位方程组，包括：
建立所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的斜距方程，以及所述第一SAR图像的多普勒方程。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，建立所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的斜距方程，以及所述第一SAR图像的多普勒方程，包括：
读入经过预处理的卫星星历参数文件；
根据所述卫星星历参数文件确定所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的每一像素单元分别对应的卫星位置矢量和卫星速度矢量；
针对所述探测目标的像素单元，建立如下方程组：
(Rsx1-Rtx)2+(Rsy1-Rty)2+(Rsz1-Rtz)2-R1 2＝0；
(Rsx2-Rtx)2+(Rsy2-Rty)2+(Rsz2-Rtz)2-R2 2＝0；
2Vsx1(Rsx1-Rtx)+2Vsy1(Rsy1-Rty)+2Vsz1(Rsz1-Rtz)-λR1fd1＝0；
其中，Rsx1、Rsy1、Rsz1分别为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rsx2、Rsy2、Rsz2分别为所述第二SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，R1为所述探测目标的像素单元在所述第一SAR图像中对应的斜距，R2为所述探测目标的像素单元在所述第二SAR图像中对应的斜距，Vsx1、Vsy1、Vsz1分别为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星速度矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rtx、Rty、Rtz分别为所述探测目标在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，fd1为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的多普勒中心频率，λ为合成孔径雷达SAR的波长。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息，包括：
基于牛顿迭代法求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述探测目标的位置信息，求解如下地球椭圆方程以确定所述探测目标的高程信息h：
其中，xt、yt、zt分别为所述探测目标在转动地心坐标系下x、y、z轴的坐标，Re为地球的赤道半径，Rp为地球的极半径。
9.一种基于SAR序贯图像的目标定位装置，其特征在于，包括：
SAR图像获取模块，用于通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在至少两个不同方位角度上的SAR图像；
参数获取模块，用于获取所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距和/或多普勒中心频率，其中，在获取到两个不同方位角度上的所述SAR图像的情况下，至少针对一幅所述SAR图像，所述探测目标的像素单元在所述SAR图像中对应的斜距和多普勒中心频率均被获取；
立体定位模块，用于根据获取到的所述斜距和/或所述多普勒中心频率，基于RD定位算法建立所述探测目标的立体定位方程组，其中，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程以及多普勒方程中的至少三个方程；
位置信息确定模块，用于求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息，所述位置信息包括所述探测目标的三维坐标以及经纬度信息。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述参数获取模块包括：
辅助参数确定子模块，用于确定每一所述SAR图像的辅助参数，所述辅助参数包括所述SAR图像方位向和距离向上的像素个数、图像中心点参考斜距、距离向采样率以及方位向采样率；
斜距计算子模块，用于基于所述辅助参数，通过如下公式计算得到所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的斜距R：
其中，Rref为所述SAR图像中心点参考斜距，fs为所述SAR图像距离向采样率，c为光速。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述参数获取模块包括：
参数文件读入子模块，用于读入每一所述SAR图像对应的多普勒参数文件；
多普勒中心频率确定子模块，用于根据所述多普勒参数文件确定所述探测目标的像素单元在每一所述SAR图像中对应的多普勒中心频率。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，在获取到两个以上的不同方位角度上的所述SAR图像的情况下，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的斜距方程，或者，所述立体定位方程组包括每一SAR图像对应的多普勒方程。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述SAR图像获取模块用于，通过多方位角星载合成孔径雷达SAR获取同一探测目标在两个不同方位角度上的SAR图像，得到第一SAR图像和第二SAR图像；
所述参数获取模块用于获取所述第一SAR图像的斜距和多普勒中心频率，以及获取所述第二SAR图像的斜距；
所述立体定位模块用于建立所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的斜距方程，以及所述第一SAR图像的多普勒方程。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述立体定位模块用于：
读入经过预处理的卫星星历参数文件；
根据所述卫星星历参数文件确定所述第一SAR图像和所述第二SAR图像的每一像素单元分别对应的卫星位置矢量和卫星速度矢量；
针对所述探测目标的像素单元，建立如下方程组：
(Rsx1-Rtx)2+(Rsy1-Rty)2+(Rsz1-Rtz)2-R1 2＝0；
(Rsx2-Rtx)2+(Rsy2-Rty)2+(Rsz2-Rtz)2-R2 2＝0；
2Vsx1(Rsx1-Rtx)+2Vsy1(Rsy1-Rty)+2Vsz1(Rsz1-Rtz)-λR1fd1＝0；
其中，Rsx1、Rsy1、Rsz1分别为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rsx2、Rsy2、Rsz2分别为所述第二SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星位置矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，R1为所述探测目标的像素单元在所述第一SAR图像中对应的斜距，R2为所述探测目标的像素单元在所述第二SAR图像中对应的斜距，Vsx1、Vsy1、Vsz1分别为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的卫星速度矢量在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，Rtx、Rty、Rtz分别为所述探测目标在转动地心坐标系下的x、y、z轴分量，fd1为所述第一SAR图像中所述探测目标的像素单元对应的多普勒中心频率，λ为合成孔径雷达SAR的波长。
15.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述位置信息确定模块用于基于牛顿迭代法求解所述立体定位方程组以确定所述探测目标的位置信息。
16.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
高程信息确定模块，用于基于所述探测目标的位置信息，求解如下地球椭圆方程以确定所述探测目标的高程信息h：
其中，xt、yt、zt分别为所述探测目标在转动地心坐标系下x、y、z轴的坐标，Re为地球的赤道半径，Rp为地球的极半径。
17.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。
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